Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA TEKNIK ANTARMUKA Siswo Wardoyo, S.T., M.Eng. 0812 28 98593 FB: doyok1978@yahoo.com Siswo Wardoyo UNTIRTA Siswo Wardoyo Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA 2011/2012- Genap 1

Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA CONTENTS: Digital VS Analog 1 Analog Digital Converter 2 Digital Analog Converter 3 Siswo Wardoyo Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA 2011/2012- Genap 2 www.themegallery.com

Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA ANALOG VS DIGITAL Sinyal Analog: Sinyal data dalam bentuk gelombang kantinyu, yang memiliki parameter amplitudo dan frekuensi. Sinyal Digital adalah sinyal data dalam bentuk pulsa yang dapat mengalami perubahan tiba-tiba dan mempunyai besaran 0 dan 1. Siswo Wardoyo Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA 2011/2012- Genap 3 www.themegallery.com

Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA ANALOG VS DIGITAL Siswo Wardoyo Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA 2011/2012- Genap 4 www.themegallery.com

Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA ANALOG VS DIGITAL 1 Waktu Sisi Naik Sisi Turun Siswo Wardoyo Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA 2011/2012- Genap 5 www.themegallery.com

Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA ANALOG VS DIGITAL Siswo Wardoyo Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA 2011/2012- Genap 6 www.themegallery.com

Analog Digital Converter Analog To Digital Converter (ADC) adalah pengubah input analog menjadi kode – kode digital. ADC banyak digunakan sebagai Pengatur proses industri, komunikasi digital dan rangkaian pengukuran/ pengujian. Umumnya ADC digunakan sebagai perantara antara sensor yang kebanyakan analog dengan sistim komputer seperti sensor suhu, cahaya, tekanan/ berat, aliran dan sebagainya kemudian diukur dengan menggunakan sistim digital (komputer). Siswo Wardoyo Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA 2011/2012- Genap 7 www.themegallery.com

Typical real time DSP System Analog Digital Converter Input filter ADC with sample & hold Digital Prosesor DAC Output x(t) x(n) y(n) y(t) Siswo Wardoyo Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA 2011/2012- Genap 8 www.themegallery.com

Analog to Digital Converter Pencuplikan Kuantisasi Pengkodeaan Sinyal Digital Sinyal Terkuantisasi Sinyal Waktu Diskrit Sinyal Analog 01011….. Siswo Wardoyo Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA 2011/2012- Genap 9 www.themegallery.com

Analog to Digital Converter F 2B Logic Circuit LPF Sample & Hold Quantizer Encoder X(t) Analog input X(n) Digital output code Untuk proses gambar diatas ada tiga tipe identifikasi : Sinyal input analog : Sinyal kontinu dalam fungsi waktu dan amplitudo. Sinyal di-sample : Amplitudo Sinyal kontinu didefinisikan sebagai diskrit point dalam waktu. Sinyal digital : dimana x(n),untuk n=0,1,2,…….Sinyal dalam sumbu poin diskrit dalam waktu dan masing-masing poin akan dihasilkan nilai 2B. Siswo Wardoyo Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA 2011/2012- Genap 4 www.themegallery.com

Analog to Digital Converter Ada tiga langkah dalam proses konversi : Pencuplikan ( Sampling) : konversi sinyal analog ke dalam sinyal amplitudo kontinu waktu diskrit. Kuantisasi : konversi masing-masing amplitudo kontinu waktu diskrit dari sinyal sample dikuantisasi dalam level 2B , dimana B adalah number bit yang digunakan untuk reprentasi dalam Analog to Digital Conversion (ADC). Pengkodean : Setiap sinyal amplitudo diskrit yang dikuantisasi direprentasikan kedalam suatu barisan bilangan biner dari masing-masing bit. Siswo Wardoyo Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA 2011/2012- Genap 11 www.themegallery.com

Analog to Digital Converter Pencuplikan Pencuplikan periodik atau seragam: Diskripsi : x(n)=xa(nT), -~< n< ~ Fs=1/T Sinyal analog Xa(t) X(n)=Xa(nT) Sinyal waktu diskrit Fs=1/T, t=nT=n/Fs t Xa(t) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 X(n) n X(n)=Xa(nT) Siswo Wardoyo Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA 2011/2012- Genap 12 www.themegallery.com

Analog to Digital Converter Sinyal Sinusoida analog : Xa(t) = A Cos (2Ft +  ) Pencuplikan periodik dengan laju Fs=1/T (cuplikan per sekon ), maka : Hubungan frekuensi (F) sinyal analog dan frekuensi (f) untuk sinyal diskrit: f =F/Fs ekuivalen :  = T f = Frekuensi relatif atau ternormalisasi ( f dapat menentukan F dalam Herzt ) Siswo Wardoyo Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA 2011/2012- Genap 13 www.themegallery.com

Analog to Digital Converter Pemakaian hubungan-hubungan frekuensi dicontohkan dengan dua sinyal analog berikut : X1(t) = cos 20πt X2(t) = cos 100πt Tentukan frekuensi kedua sinyal tersebut. Tentukan fungsi sinyal diskrit bila dicuplik dengan laju Fs = 40 Hz INGAT cos (2π ± a) = cos a sin (2π + a) = sin a sin (2π - a) = -sin a Siswo Wardoyo Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA 2011/2012- Genap 14 www.themegallery.com

Analog to Digital Converter Siswo Wardoyo Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA 2011/2012- Genap 14 www.themegallery.com

Xa(t)= 3 cos 100πt Analog to Digital Converter Perhatikan sinyal analog Xa(t)= 3 cos 100πt Tentukan laju pencuplikan minimum yang dibutuhkan untuk menghindari pengaliasan. Andaikan sinyal tersebut dicuplik dengan laju Fs=200Hz. Berapa sinyal waktu-diskrit yang diperoleh sesudah pencuplikan. Andaikan sinyal tersebut dicuplik dengan laju Fs=75Hz. Berapa sinyal waktu-diskrit yang diperoleh sesudah pencuplikan. Berdasarkan hasil sinyal diskrit soal c, Berapa frekuensi dan fungsi dari sinyal sinusoidal berdasar hasil cuplikan Fs=75 Hz. Siswo Wardoyo Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA 2011/2012- Genap 14 www.themegallery.com

Analog to Digital Converter Diketahui sebuah sinyal analog xa(t) = 3 cos 100t Tentukan Fs minimum Bila Fs = 200 Hz, tentukan x(n) Bila Fs = 75 Hz, tentukan x(n) Berapa 0 < F < Fs/2 yang menghasilkan x(n) sama dengan c) Jawab: a) F = 50 Hz dengan Fs minimum = 100 Hz b) Siswo Wardoyo Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA 2011/2012- Genap 14 www.themegallery.com

Analog to Digital Converter Siswo Wardoyo Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA 2011/2012- Genap 14 www.themegallery.com

Analog to Digital Converter Diketahui sebuah sinyal analog xa(t) = 3 cos 100t Tentukan Fs minimum Bila Fs = 200 Hz, tentukan x(n) Bila Fs = 75 Hz, tentukan x(n) Berapa 0 < F < Fs/2 yang menghasilkan x(n) sama dengan c) Jawab: Siswo Wardoyo Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA 2011/2012- Genap 14 www.themegallery.com

KUANTISASI SINYAL AMPLITUDO-KONTINU Proses pengkonversian suatu sinyal amplitudo-kontinu waktu diskrit menjadi sinyal digital dengan menyatakan setiap nilai cuplikan sebagai suatu angka digit, dinyatakan dengan : X(n) merupakan hasil pencuplikan, Q[X(n)] merupakan proses kuantisasi Xq( n) merupakan deret cuplikan terkuantisasi :

Konsep kuantisasi (lanj.)

KESALAHAN KUANTISASI/ Kebisingan Kuantisasi /Galat Kuantisasi/ Error Kuantisasi ( eq(n) ) Diperoleh dari kesalahan yang ditampilkan oleh sinyal bernilai kontinu dengan himpunan tingkat nilai diskrit berhingga. Sec Matematis, merupakan deret dari selisih nilai terkuantisasi dengan nilai cuplikan yang sebenarnya. eq(n) = Xq (n) – X (n)

KUANTISASI SINYAL SINUSOIDA Diskritsasi waktu Diskritsasi amplitudo Sampel analog Aslinya Xa(t) 4 Amplitudo Tingkat kuantisasi 3 Sampel Terkuantisasi 2  Langkah kuantisasi  - Cuplikan Terkuantisasi Xq(nT) -2 Interval Pengkuanti sasi -3 -4 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T 9T t

L=jml tingkatan kuantisasi 1,0 0,9 Xq(n) 0,8 0,7 0,6 Langkah X(n)=0,9n Xa(t)=0,9t 0,8 0,6 0,4 0,2 1 2 3 4 5 6 7 8 n T Xa(t)=0,9t T=1s Tingk. Kuantisasi L=jml tingkatan kuantisasi 1,0 0,9 Xq(n) 0,8 0,7 0,6 Langkah kuantisasi 0,5  0,4 0,3 0,2 0,1 1 2 3 4 5 6 7 8 n

Tabel . Ilustrasi Numerik kuantisasi dengan 1 digit X(n) Sinyal diskrit Xq(n) (bulat ke bawah) Xq(n) (bulat ke atas) eq(n)=Xq(n)-X(n) (bulat ke atas) 0 1 1.0 1.0 0.0 1 0.9 0.9 0.9 0.0 2 0.81 0.8 0.8 -0.01 3 0.729 0.7 0.7 -0.029 4 0.6561 0.6 0.7 0.439 5 0.59049 0.5 0.6 0.00951 6 0.531441 0.5 0.5 -0.031441 7 0.4782969 0.4 0.5 0.021031 8 0.43046721 0.4 0.4 -0.03046721 9 0.387420489 0.3 0.4 0.012579511

Daya Kesalahan Kuadrat Rata-rata Pq Pada gambar persamaan Sinyal Sinusoida analog : Daya Kesalahan Kuadrat Rata-rata Pq , maka : Karena : menunjukkan waktu Xa(t) berada dalam tingkatan kuantisasi Jika Pengkuantisasian b bit dan interval keseluruhan 2A, maka langkah kuantisasi :  = 2A/2b. Jadi : Daya rata-rata sinyal Xa(t) :

Gambar . Galat Kuantisasi Eq(t) penentu Daya Kesalahan Pq  /2 -  t -/2 eq(t) Signal Quantitation to Noise Ratio ( SQNR ) : nilai kualitas keluaran ADC yang ditentukan oleh Rasio daya sinyal terhadap daya kebisingan (noise).

Rumus SQnR(dB) menunjukkan bahwa nilai ini bertambah kira-kira 6dB untuk setiap bit yang ditambahkan kepada panjang kata. Contoh pada proses CD recorder menggunakan Fs = 44,1 Khz dan resolusi sampling 16 bit, yang menyatakan SQNR lebih dari 96 dB. Semakin tinggi nilai SQNR --- semakin baik proses konversi dari ADC tersebut.

Pengkodean Setiap sinyal amplitudo diskrit yang dikuantisasi direprentasikan kedalam suatu barisan bilangan biner dari masing-masing bit. Sinyal digital yang dihasilkan ADC berupa bilangan basis 2 (0 dan 1). Idealnya output sinyal tersebut harus dapat merepresentasikan kuantitas sinyal analog yang diterjemahkannya. Representasi ini akan semakin baik ketika ADC semakin sensitif terhadap perubahan nilai sinyal analog yang masuk.

Jika nilai 0-15 volt dapat diubah menjadi digital dengan skala 1 volt, artinya rentang nilai digital yang diperoleh berupa 16 tahap (dari 0 bertahap naik 1 volt hingga nilai 15 atau setara dengan 0000 atau 1111). Tahapan sejumlah ini dapat diperoleh dengan membuat rangkaian ADC 4bit (karena jumlah bit (n) merepresentasikan 2n nilai skala, sehingga 24 =16 skala). Misal kita ingin menaikan jumlah bit menjadi 8, maka nilai 0-15 volt dapat di representasikan oleh 28 (256) skala atau setara dengan skala 62.5mV, Hasilnya rangkaian semakin sensitif terhadap perubahan sinyal analog yang terbaca. Jadi, dapat disimpulkan semakin besar jumlah bit ,maka semakin sensitif atau semakin tinggi resolusi rangkaian ADC.

RESOLUSI Adalah jumlah bit output pada ADC. Sebuah rentang sinyal analog dapat dinyatakan dalam kode bilangan digital. Sebuah sinyal analog dalam rentang 16 skala (4 bit) adalah lebih baik resolusinya dibanding membaginya dalam rentang 8 skala (3 bit). Karena besar resolusi sebanding 2n . semakin besar jumlah bit , resolusi akan semakin bagus.

Contoh pada ADC 0804 Untuk operasi normal, menggunakan Vcc = +5 Volt sebagai tegangan referensi. Dalam hal ini jangkauan masukan analog mulai dari 0 Volt sampai 5 Volt (skala penuh), karena IC ini adalah SAC 8-bit, resolusinya akan sama dengan : Artinya : setiap kenaikan 1 bit, kenaikan tegangan yang dikonversi sebesar 19,6 mVolt

Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA PRINSIP KERJA ADC Banyak sekali prinsip dari ADC, tetapi yang cukup terkenal dan banyak dipakai adalah : ADC Paralel / Langsung (Parallel / Flash ADC) ADC Integrasi ( Dual Slope Integrating ADC) ADC Pendekatan berurutan (Successive Approximation ADC) Siswo Wardoyo Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA 2011/2012- Genap 4 www.themegallery.com

Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA PRINSIP KERJA ADC Siswo Wardoyo Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA 2011/2012- Genap 4 www.themegallery.com

Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA PRINSIP KERJA ADC Siswo Wardoyo Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA 2011/2012- Genap 4 www.themegallery.com

Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA PRINSIP KERJA ADC Dari tiga jenis ADC diatas, sudah banyak terdapat ADC yang terintegrasi menjadi suatu serpih (IC) yang mudah dalam penggunaannya. Contohnya adalah National Semiconductor ADC Siswo Wardoyo Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA 2011/2012- Genap 5 www.themegallery.com

Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA PRINSIP KERJA DAC Digital To Analog Converter (DAC) adalah pengubah kode/ bilangan digital menjadi tegangan keluaran analog. DAC banyak digunakan sebagai rangkaian pengendali (driver) yang membutuhkan input analog; seperti motor AC maupun DC, tingkat kecerahan pada lampu, Pemanas (Heater) dan sebagainya. Umumnya DAC digunakan untuk mengendalikan peralatan aktuator. Siswo Wardoyo Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA 2011/2012- Genap 5 www.themegallery.com

Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA PRINSIP KERJA DAC Gambar dibawah ini menjelaskan prinsip dan cara kerja dari DAC. Terdapat dua jenis DAC yang umum : Siswo Wardoyo Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA 2011/2012- Genap 5 www.themegallery.com

Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA PRINSIP KERJA DAC Prinsip dasar dari rangkaian ini adalah rangkaian penjumlah (summing circuit) yang dibentuk dengan menggunakan Operasional Amplifier. Rangkaian diatas memenuhi rumus : Siswo Wardoyo Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA 2011/2012- Genap 5 www.themegallery.com

Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA PRINSIP KERJA DAC Bila terdapat input digital 1010 (10 desimal) maka saklar 1 (S1) dan saklar 3 (S3) tertutup; didapat : Siswo Wardoyo Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA 2011/2012- Genap 5 www.themegallery.com

Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA PRINSIP KERJA DAC Siswo Wardoyo Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA 2011/2012- Genap 5 www.themegallery.com

Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA PRINSIP KERJA DAC Dari dua jenis DAC diatas, sudah banyak terdapat DAC yang terintegrasi menjadi suatu serpih (IC) yang mudah dalam penggunaannya. Contohnya adalah National Semiconductor DAC 0808 yang menggunakan prinsip R-2R. Siswo Wardoyo Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA 2011/2012- Genap 5 www.themegallery.com

Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA LATIHAN 1. Jelaskan lengkap dengan gambar prinsip kerja dari ketiga ADC yang telah dibahas diatas. 2. Jelaskan lengkap dengan gambarnya prinsip kerja dari DAC! 3. Jelaskan dengan gambar salah satu contoh aplikasi dari ADC dan DAC! Siswo Wardoyo Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UNTIRTA 2011/2012- Genap 5 www.themegallery.com

Thank You ! Makan Durian Sama Kekasih Cukup Sekian Terimakasih TEKNIK ANTARMUKA Thank You ! Wassalam..!!!! Makan Durian Sama Kekasih Cukup Sekian Terimakasih